(57)【要約】【課題】  金属膜をエッチングするエッチング装置のクリーニング方法において、エッチング処理室内部に堆積するエッチングによって生じた堆積物を効率良く除去して」、エッチング性能の再現性が有り、エッチング処理室内部から異物の発塵が少ない状態を維持する。【解決の手段】  金属膜を有する試料を１枚エッチングする（Ｓ１）毎に、ダミー基板と試料を入れ替え（Ｓ２）、第１工程となる酸素（Ｏ２）と四フッ化炭素（ＣＦ４）のプラズマ処理により炭素系物質の堆積物を除去し（Ｓ３）、第２工程となる三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）と塩素（Ｃｌ２）のプラズマ処理により第１工程で除去できなかった残留物及び金属膜の除去を行なって（Ｓ４）、真空容器内のクリーニングを行なう。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被エッチング膜が、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、或いはこれらの膜の積層膜であり、エッチングガスに塩素（Ｃｌ２）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）、臭化水素（ＨＢｒ）のうちから選ばれる少なくとも１種のガスに、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、ジクロロメタン（ＣＨ２Ｃｌ２）、ジブロムメタン（ＣＨ２Ｂｒ２）、クロロメタン（ＣＨ３Ｃｌ）、ブロムメタン（ＣＨ３Ｂｒ）、フルオルメタン（ＣＨ３Ｆ）のうちから選ばれる少なくとも１種のガスを添加した混合ガスによって前記被エッチング膜のエッチングを行なうエッチング装置のクリーニング方法であって、
上記被エッチング膜のエッチング毎に、ダミー基板と入れ替えてプラズマを発生させて処理室内部をクリーニングすることを特徴とするエッチング装置のクリーニング方法。
【請求項２】
請求項１に記載のエッチング装置のクリーニング方法において、１番目に酸素（Ｏ２）と四フッ化炭素（ＣＦ４）のプラズマまたは酸素（Ｏ２）と三フッ化メタン（ＣＨＦ３）のプラズマを用いてクリーニングする第１工程と、２番目に三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）と塩素（Ｃｌ２）のプラズマを用いてクリーニングする第２工程を連続して処理室内部をクリーニングすることを特徴とするエッチング装置のクリーニング方法。
【請求項３】
請求項２に記載のエッチング装置のクリーニング方法において、第１の工程が酸素（Ｏ２）８７．０〜９５．２％と四フッ化炭素（ＣＦ４）４．８〜１３．０％との混合ガスのプラズマで、処理圧力を５〜１２Ｐａ、処理時間２０〜９０ｓに設定して行なうプラズマ処理を行う工程であり、第２の工程が三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）１０．０〜３０．０％と塩素（Ｃｌ２）７０．０〜９０．０％との混合ガスのプラズマで、処理時間２０〜９０ｓに設定して行なうプラズマ処理を行う工程であることを特徴とするエッチング装置のクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライエッチング装置のクリーニング方法に係り、特に半導体デバイスをエッチング処理するエッチング装置において、被エッチング膜のエッチングレート、被エッチング膜のエッチングレートウエハ面内均一性、被エッチング膜とマスク材または下地物質とのエッチングレート比（選択比）に再現性があって変動が少なく、装置内部からの異物発塵を最小限に抑えて安定した装置状態を供給できるようにしたクリーニング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において、微細なパターンを形成するためにエッチング技術が用いられる。エッチング技術には、ドライエッチングとウェットエッチングがあり、近年ではその加工性の良さからドライエッチングが主流である。このドライエッチング技術としては、マイクロ波プラズマエッチング、反応性イオンエッチング等が知られており、いずれも真空容器内にエッチングガスを導入し、サイクロトロン共鳴や高周波電界を利用してプラズマ状態に励起し、被エッチング膜をエッチング加工するものである。
【０００３】
一方、半導体デバイスの素子配線材料として、アルミニウム（Ａｌ）が用いられている。近年では、デバイスの高集積化に伴い素子の微細化が進んでおり、より化学的に安定で低抵抗の材料が注目されている。例えば金（Ａｕ）がその代替材料と考えられ、その他にも白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ）、アルミニウム合金、或いはこれらの膜の積層膜などがある。また、デバイス構造も薄膜化が進んでおり、マスク材であるフォトレジスト（ＰＲ）、酸化膜（ＳｉＯ２）、チタン（Ｔｉ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、下地物質である酸化膜（ＳｉＯ２）、有機膜に対し高い選択性が求められている。
【０００４】
これらを解決する手段として、エッチングガスに塩素（Ｃｌ２）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）、臭化水素（ＨＢｒ）のうちから選ばれる少なくとも１種のガスに、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、ジクロロメタン（ＣＨ２Ｃｌ２）、ジブロムメタン（ＣＨ２Ｂｒ２）、クロロメタン（ＣＨ３Ｃｌ）、ブロムメタン（ＣＨ３Ｂｒ）、フルオルメタン（ＣＨ３Ｆ）のうちから選ばれる少なくとも１種のガスを添加した混合ガスによって、エッチングすることにより高い選択性が得られる。
【０００５】
但し、添加ガスにＣＨ系主体のガスを用いるため、被エッチング膜をエッチングする際、装置内部にはＣＨ系の生成物が堆積する。また、被エッチング膜そのもの、或いは被エッチング膜とエッチングガスによって生じた反応生成物が排気されず装置内部に堆積する。いずれの堆積物もエッチング性能の低下や異物発生の原因となるため、随時除去することが必要である。
【０００６】
真空容器内部に付着した堆積物を除去する方法として、プラズマ処理によって実施するドライクリーニングと、容器内を大気開放して堆積物を除去するウェットクリーニングがある。通常、半導体デバイスの生産性を確保するため、短時間で行なえるドライクリーニングが選択される。ドライクリーニングに関する従来の技術として下記の方法が知られている。
（１）カーボン系堆積物の除去方法（例えば、特許文献１または特許文献２参照）
（２）アルミニウム（Ａｌ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、アルミニウム合金の堆積物の除去方法（例えば、特許文献３参照）
【０００７】
いずれも、クリーニングガスを選択しプラズマ処理することによって、真空容器内部に堆積した堆積物の除去するものである。しかしながら、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、或いはこれらの膜の積層膜を、エッチングガスに塩素（Ｃｌ２）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）、臭化水素（ＨＢｒ）のうちから選ばれる少なくとも１種のガスに、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、ジクロロメタン（ＣＨ２Ｃｌ２）、ジブロムメタン（ＣＨ２Ｂｒ２）、クロロメタン（ＣＨ３Ｃｌ）、ブロムメタン（ＣＨ３Ｂｒ）、フルオルメタン（ＣＨ３Ｆ）のうちから選ばれる少なくとも１種のガスを添加した混合ガスによってエッチングした時に生じる堆積物を、除去する方法については、これまで開示されたものはない。
【特許文献１】特開平６−５３１９３号公報、
【特許文献２】特開平９−３６０８５号公報
【特許文献３】特開２０００−１２５１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、被エッチング膜として金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、或いはこれらの膜の積層膜を、エッチングガスに塩素（Ｃｌ２）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）、臭化水素（ＨＢｒ）のうちから選ばれる少なくとも１種のガスに、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、ジクロロメタン（ＣＨ２Ｃｌ２）、ジブロムメタン（ＣＨ２Ｂｒ２）、クロロメタン（ＣＨ３Ｃｌ）、ブロムメタン（ＣＨ３Ｂｒ）、フルオルメタン（ＣＨ３Ｆ）のうちから選ばれる少なくとも１種のガスを添加した混合ガスによってエッチングした時、真空容器内部に付着した堆積物を随時除去し、大量にエッチング処理を行なっても、被エッチング膜のエッチングレート、被エッチング膜のエッチングレートウエハ面内均一性、被エッチング膜とマスク材または下地物質とのエッチングレート比（選択比）に再現性があって変動が少なく、異物の発塵を最小限に抑えて安定した装置状態を供給できるようにしたクリーニング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
エッチングガスにＣｌ系或いはＢｒ系とＣＨ系を多く含む添加ガスとの混合ガスを用いてプラズマを生成し、上記金属膜のエッチングを行なった場合、真空容器内部には、金属膜、マスク材に含まれる物質、エッチングガスに含まれるＣｌ系或いはＢｒ系とＣＨ系物質、金属膜とエッチングガスとが反応して生成される反応生成物などが堆積することになる。
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、被エッチング膜が、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、或いはこれらの膜の積層膜であり、エッチングガスに塩素（Ｃｌ２）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）、臭化水素（ＨＢｒ）のうちから選ばれる少なくとも１種のガスに、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、ジクロロメタン（ＣＨ２Ｃｌ２）、ジブロムメタン（ＣＨ２Ｂｒ２）、クロロメタン（ＣＨ３Ｃｌ）、ブロムメタン（ＣＨ３Ｂｒ）、フルオルメタン（ＣＨ３Ｆ）のうちから選ばれる少なくとも１種のガスを添加した混合ガスによって前記被エッチング膜のエッチングを行なうエッチング装置のクリーニング方法であって、上記被エッチング膜のエッチング毎に、ダミー基板と入れ替えてプラズマを発生させて処理室内部をクリーニングする。
【００１１】
さらに、本発明は、上記エッチング装置のクリーニング方法において、１番目に酸素（Ｏ２）と四フッ化炭素（ＣＦ４）のプラズマまたは酸素（Ｏ２）と三フッ化メタン（ＣＨＦ３）のプラズマを用いてクリーニングする第１工程と、２番目に三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）と塩素（Ｃｌ２）のプラズマを用いてクリーニングする第２工程を連続して処理室内部をクリーニングする。
【００１２】
すなわち、本発明は、エッチング装置の真空容器内部に堆積した堆積物を除去するクリーニング方法において、金属膜を１枚エッチングする毎に真空容器内部へダミー基板との入れ替えを行ない、最初に酸素（Ｏ２）８７．０〜９５．２％と四フッ化炭素（ＣＦ４）４．８〜１３．０％との混合ガスのプラズマで、処理圧力を５〜１２Ｐａ、処理時間２０〜９０ｓに設定して行なうプラズマ処理の第１工程と、次に三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）１０．０〜３０．０％と塩素（Ｃｌ２）７０．０〜９０．０％との混合ガスのプラズマで、処理時間２０〜９０ｓに設定して行なうプラズマ処理の第２工程を連続して行なう。
【発明の効果】
【００１３】
以上の説明から明らかなように、本発明のクリーニング方法において、金属膜を１枚エッチングする毎に、ダミー基板と試料を入れ替え、最初に第１工程となる酸素（Ｏ２）と四フッ化炭素（ＣＦ４）プラズマ処理と、次に第２工程となる三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）＋塩素（Ｃｌ２）プラズマ処理を連続して行なうことによって、大量に半導体デバイスのエッチングを行なっても、エッチング性能の劣化なく再現性が得られ、異物の発塵が少ないエッチング処理室の状態を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明にかかるドライエッチング装置のクリーニング方法の一実施例を、図１〜図９、表１〜表４を用いて説明する。本発明のドライエッチング装置のクリーニング方法が適用されるエッチング処理装置としては、半導体基板上に形成された試料をエッチングする試料の処理装置であって、プラズマ形成ガスの供給を受け、ガスプラズマを発生し、基板上に形成された金属膜をエッチングする処理装置を使用した。尚、プラズマエッチング処理装置としては、マイクロ波プラズマエッチング装置、誘導結合型プラズマエッチング装置、ヘリコン型プラズマエッチング装置、２周波励起平行平板型プラズマエッチング装置等が採用される。
【００１５】
図１は、本発明で用いるプラズマ処理装置の断面図を示す。処理室内部はプラズマ生成部を形成する石英もしくはセラミックの非導電性材料で成る放電部２、被処理物である試料１２、電極６が配置された処理部３とから成る。処理部３はアースに設置されており、電極６は絶縁材を介して処理部３に取り付けられる。放電部２はプラズマを生成するため、誘導結合アンテナ１ａ／１ｂ、整合器４、第１の高周波電源１０等が取り付けられている。本実施例は典型的な例として、放電部２の外周にコイル状の誘電結合アンテナ１ａ／１ｂを配置したエッチング装置を使用した。処理室内部には、ガス供給装置５から処理ガスが供給される一方で、排気装置８によって所定の圧力に減圧排気される。ガス供給装置５より処理室内部に処理ガスを供給し、該処理ガスを誘導結合アンテナ１ａ／１ｂにより発生する電界の作用によってプラズマ化する。また、プラズマ７中に存在するイオンを試料１２上に引き込むために電極６に第２の高周波電源１１によりバイアス電圧を印加する。発光モニタリング装置１３で発光するエッチングガスの強度または反応生成物の発光強度の変化をとらえてエッチングの終点を定める。また、本装置は不揮発性材エッチングに対応した構造を有している。ファラーデーシールド９へ電圧印加することによって、放電部２への反応生成物付着抑制および除去が可能となる。処理部３の内側に設置されているインナーカバー１５の表面および電極６の表面には粗面加工を施し、一旦付着した反応生成物が剥がれ落ちないようにしている。試料１２を電極６上に設置するためのサセプタ１４の裏面には金属溶射が施され、プラズマ７による電圧印加によってサセプタ１４表面の反応生成物付着抑制を行なっている。尚、これらの部品はスワップパーツとなっており、ウェットクリーニング等のメンテナンス時には、容易に交換することが可能となっている。
【００１６】
図２に、処理装置の構成を示す。大気ローダ１６はロードロック室１７およびアンロードロック室１８と連結しており、ロードロック室１７およびアンロードロック室１８は真空搬送室１９と連結した構成となっている。また、真空搬送室１９はエッチング処理室２１と接続されている。試料１２は大気ローダ１６および真空搬送ロボット２０により搬送されエッチング処理室２１でエッチング処理される。大気ローダ上には、試料１２を設置するカセット１およびカセット２（２２／２３）とダミー基板ウエハを設置するカセット３（２４）とがあり、被エッチング膜ウエハのカセットに、ダミー基板ウエハを入れ替える必要が無く、設置された試料１２は随時エッチング処理室２１に搬送され、処理後は元のカセット位置に戻るシステムになっている。
【００１７】
図３に、本発明で使用した試料の構造を示す。半導体シリコン基板２５上に、有機膜２６が成膜されている。有機膜とは、Ｃ、Ｈを主体とし、場合によっては、Ｏ、Ｎ、Ｆをも含む有機高分子物質である。例としては、エチレン、プロピレン、ブチレンのようなオレフィンや、スチレン、α−メチルスチレンのような芳香族ビニル化合物や、アクリル酸、メタクリル酸、２−フェニルアクリル酸、２−アセチルアクリル酸、マレイン酸、フマル酸のような不飽和カルボン酸や、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピルのような不飽和カルボン酸エステルや、アクリル酸アミド、メタクリル酸アミド、２−フェニルアクリルアミド、２−アセチルアクリルアミドのような不飽和カルボン酸アミドや、無水マレイン酸のような不飽和カルボン酸無水物などの不飽和カルボン酸の官能的誘導体や、酢酸ビニル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどの不飽和化合物の中から選ばれた少なくとも１種の単量体から成る重合体または共重合体が挙げることができる。これらの中で、ポリアクリル酸エチル、ポリメタクリル酸メチルなどの（メタ）アクリル酸エステル重合体およびポリスチレンなどのスチレン系樹脂が好適である。
【００１８】
今回の実施例は、この中のポリフッ化ビニリデンを使用した。有機膜２６上には被エッチング膜である金（Ａｕ）２７が成膜されている。最後にマスクとなるフォトレジスト（ＰＲ）２８が成膜され電子回路のパターンを形成する。尚、マスク材は微細加工のため、酸化膜（ＳｉＯ２）、チタン（Ｔｉ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）などが採用されることがある。
【００１９】
上記の試料について、被エッチング膜である金（Ａｕ）２７と下地膜である有機膜２６を選択性にエッチングするために、エッチングガスとして塩素（Ｃｌ２）とアルゴン（Ａｒ）にジクロルメタン（ＣＨ２Ｃｌ２）を混合したガスを用いた。この時エッチング処理室の内部には、エッチングでスパッタされる金（Ａｕ）、マスク材のフォトレジスト（ＰＲ）に含まれる炭素系物質、エッチングガスに含まれる塩素（Ｃｌ２）とＣＨ系物質、金（Ａｕ）と塩素（Ｃｌ２）とが反応して生成される塩化金（ＡｕＣｌ）などの反応生成物が堆積することになる。これらは、エッチング処理室内部に多く堆積するとエッチング性能の再現性を悪化させる。また、堆積物が処理室内部に浮遊していると、試料上に落下しやすくなり、これがマスクとなって正しい電子回路のパターン形成が出来なくなる。
【００２０】
本発明では、エッチング処理室内部を常にクリーンな状態を維持するために、上記試料を１枚エッチングする毎にエッチング処理室内部へダミー基板との入れ替えを行ない、プラズマクリーニングを実施することとした。１枚のエッチングで発生する堆積物を除去するので、プラズマクリーニングは短時間で終了することができる。プラズマクリーニングが終了すると、再度上記試料との入れ替えを行ない、エッチングを実施する。これを繰り返すことにより、エッチング処理室内部は常時クリーンな状態を維持することができる。
【００２１】
次に、プラズマクリーニングに使用するガスの検討を行なった。処理室内部の状態は、図４−ａのように堆積物で覆われている。これらの表面組成を分析したところ、Ｃ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｌ、Ａｕ等が検出され、特にＣが大半を占めていた。Ｃ系物質を除去するのに有効なガスとして、酸素（Ｏ２）プラズマが考えられる。そこで同じＣ系を主体とするフォトレジスト（ＰＲ）のエッチングレートを調べた。エッチングレートが速いプラズマ条件ほど、Ｃ系物質の除去が容易に行なえると考えられる。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表１に、フォトレジストのエッチングレート評価結果を示す。酸素（Ｏ２）プラズマでは２２０．２ｎｍ／ｍｉｎであったが、ここに四フッ化炭素（ＣＦ４）を添加と、６８９．６ｎｍ／ｍｉｎへと急激にエッチングレートが向上した。次に酸素（Ｏ２）５００ｍｌ／ｍｉｎに対し、四フッ化炭素（ＣＦ４）を２５，５０，７５ｍｌ／ｍｉｎと添加していくと、エッチングレートが徐々に増加しており、１００ｍｌ／ｍｉｎまで添加すると逆にエッチングレートは低下する傾向にあった。より多く四フッ化炭素（ＣＦ４）添加は、フォトレジスト（ＰＲ）のエッチングレートが低下するとともに、揮発性の悪いＡｕＦを生成する可能性が有り、異物発生の原因にも成りかねない。また、エッチング処理室内部の装置材料に損傷を与える可能性があるため、過剰な添加は禁物である。処理圧力については、５，１０，１２Ｐａと変更すると、エッチングレートが徐々に増加する傾向にあり、より高い処理圧力ほど有効である。但し、今回は装置能力上１２Ｐａが限界のためここで留めている。これらを纏めると、Ｃ系物質を除去するには、酸素（Ｏ２）と四フッ化炭素（ＣＦ４）を最適な流量比（Ｏ２：８７．０〜５．２％、Ｃｌ２：４．８〜１３．０％）および圧力（５〜１２Ｐａ）ならびに処理時間：２０〜９０秒）に設定することにより、成し遂げられる。
【００２４】
上記方法で、大方のＣ系物質が除去できるが、図４−ｂのように装置内部の表面状態は凹凸状態のため、微量ながらＣ系物質また金（Ａｕ）が堆積している。特に金（Ａｕ）は、化学的に反応が乏しいため除去することが難しい。そこで、装置内部の母材を少し削りながら、堆積物を一緒に除去する方法を考えた。装置内部の母材は大半がアルミニウム（Ａｌ）で、腐食しないようにアルマイト処理を施している。そのため、表面状態はＡｌ２Ｏ３の組成となっている。Ａｌ２Ｏ３を削りためには、エッチングガスとして一般的に、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）と塩素（Ｃｌ２）が用いられている。そこで、Ａｌ２Ｏ３およびフォトレジスト（ＰＲ）のエッチングレートを調べた。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
表２に、それぞれのエッチングレート評価結果を示す。三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）／塩素（Ｃｌ２）のガス流量を変更させたとき、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）比率が多いほどＡｌ２Ｏ３レートが速くなり、逆に塩素（Ｃｌ２）比率が多いほどフォトレジストレートが速くなる。よって、Ａｌ２Ｏ３を多く削るためには三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）比率が多い方が良く、Ｃ系物質を多く除去するには塩素（Ｃｌ２）比率が多い方は良い。但し、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）比率が多すぎると、アルマイト処理した部分をすべて削る可能性がある。装置内部の部品は、なるべく長期に使用できることが望ましく、Ａｌ２Ｏ３の削れ量は最小限にする必要がある。そのため、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）／塩素（Ｃｌ２）のガス流量比は、堆積物が除去可能で且つＡｌ２Ｏ３削れ量が最小限である最適値に合わせる必要がある。例えば、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）と塩素（Ｃｌ２）を最適な流量比（ＢＣｌ３：１０．０〜３０．０％、Ｃｌ２：７０．０〜９０．０％）および処理時間：２０〜９０秒）に設定することにより、成し遂げられる。
【００２７】
以上に示した、エッチングおよびクリーニング処理の流れを図５のフローチャートを用いて説明する。被エッチング膜をエッチングした（Ｓ１）後、ダミー基板と入れ替えを行ない（Ｓ２）、クリーニングの第１工程となる酸素（Ｏ２）と四フッ化炭素（ＣＦ４）を用いたプラズマ処理（Ｓ３）の後、クリーニングの第２工程となる三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）と塩素（Ｃｌ２）を用いたプラズマ処理を連続して行なう（Ｓ４）。その後、試料を入れ替えた（Ｓ５）後、再度被エッチング膜のエッチングを行なう（Ｓ１）。この工程を繰り返すことによって、上記試料を大量にエッチングすることが可能となる。
【００２８】
図６に、上記プラズマクリーニングを行なったときのプラズマ波長の変化を示す。第１工程はＣＯ系となる４５１ｎｍの波長、第２工程はＡｌＣｌ系となる３９６ｎｍの波長を観察した。第１工程では、徐々に波形を下がっており２０秒後に安定している。これは、２０秒後にＣ系物質が除去されたものと考えられる。また第２工程では、徐々に波形が上がっており１０秒後に安定している、これは、装置内部の材料であるＡｌ２Ｏ３が表面化したためであり、堆積物が除去されたものと考えられる。よって各ステップ２０秒以上のプラズマクリーニングを行なえば、装置内部にある堆積物はほぼ除去できると考えられる。但し、長時間のプラズマクリーニングは、生産性の低下を招くため、各ステップ９０秒が上限と考える。
【００２９】
次に本発明で得られたクリーニング方法を用いて、図３に示した試料を１０００枚処理した時の結果を説明する。表３に、図３の試料をエッチング処理した時のエッチング条件を示す。表４に、１枚毎に実施したプラズマクリーニングのクリーニング条件を示す。
【００３０】
【表３】
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【００３１】
【表４】
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【００３２】
図７に、各処理枚数後のエッチング性能結果を示す。エッチング性能は、金（Ａｕ）のエッチングレート、金（Ａｕ）のエッチングレートウエハ面内均一性、金（Ａｕ）とポリフッ化ビニリデン膜のエッチングレート比（選択比）を調べた。図８に各処理枚数後の異物測定結果を示す。異物測定は、Ｓｉウエハを処理室へ導入して、表３のステップ１条件でガス出し６０秒間（ソース高周波電力０Ｗ、バイアス高周波電力０Ｗ）を実施し、Ｓｉウエハ上にある異物数をカウントした。
【００３３】
図５に示す運用方法で１０００枚処理した結果、図７に示すように金（Ａｕ）のエッチングレート、金（Ａｕ）のエッチングレートウエハ面内均一性、金（Ａｕ）とポリフッ化ビニリデン膜のエッチングレート比（選択比）は、変動がなく安定した値が得られエッチング性能は常に同じ状態が維持されている。
【００３４】
また、図８に示すように、粒径０．１６μｍ以上の異物が平均１２個と低発塵を維持しており、処理室内は常にクリーンな状態である。以上のことから、本発明のクリーニング方法を用いれば、歩留まりの良い半導体デバイスの生産が可能である。
【００３５】
上記実施例では、金（Ａｕ）を、塩素（Ｃｌ２）とアルゴン（Ａｒ）とジクロルメタン（ＣＨ２Ｃｌ２）の混合したガスでエッチングした時に適用したプラズマクリーニングの説明を行なったが、金（Ａｕ）以外のエッチングでも、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、或いはこれらの膜の積層膜で、エッチングガスは塩素（Ｃｌ２）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）、臭化水素（ＨＢｒ）のうちから選ばれる少なくとも１種のガスにメタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、ジクロロメタン（ＣＨ２Ｃｌ２）、ジブロムメタン（ＣＨ２Ｂｒ２）、クロロメタン（ＣＨ３Ｃｌ）、ブロムメタン（ＣＨ３Ｂｒ）、フルオルメタン（ＣＨ３Ｆ）のうちから選ばれる少なくとも１種のガスを添加した混合ガスでエッチングを行なった場合でも、本発明のクリーニング方法では同様な効果が得られる。
【００３６】
また、プラズマクリーニングの第１工程で酸素（Ｏ２）とともに使用するに使用するガスは、四フッ化炭素（ＣＦ４）以外に、三フッ化メタン（ＣＨＦ３）でも同様な効果が得られる。
【００３７】
図５の処理の流れでは、エッチング処理毎にクリーニングを行なうものとしているが、被エッチング膜の種類や膜厚、エッチングガスの種類や流量によって、装置内部に付着する堆積物の量が増減する。そのため、場合によってはエッチング処理枚数２枚毎、３枚毎、或いはｎ枚毎にクリーニングを実施しても同様な効果が得られる。
【００３８】
また、実施例は反応生成物付着抑制機能を有した装置を用いている。これは、図１のファラーデーシールド９へ電圧印加することで、放電部２への反応生成物付着抑制および除去が可能となる。ファラーデーシールド９への電圧は変更可能なため、放電部２の内壁状態を変化させることができる。図９に、ファラーデーシールド電圧可変時のＡｌ２Ｏ３、Ａｕエッチングレートを示す。Ａｌ２Ｏ３、Ａｕ試料を放電部内壁上部に装着し、表４のステップ２条件でファラーデーシールド電圧１００Ｖおよび２０００Ｖ時のエッチングレートを調べた。その結果、ファラーデーシールド電圧が高いとエッチングレートが速いことが判る。よって、ファラーデーシールド電圧が高いほど反応生成物付着抑制および除去効果が大きいと言える。ファラーデーシールド電圧が高い状態でエッチングを行なえば、放電部内壁への反応生成物付着が抑制される。そのため、装置内部に付着する堆積物量が低減されるため、クリーニング時間および回数を減らすことができる。生産性を考慮すると、クリーニングは少ない方が望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例である処理装置の断面図。
【図２】本発明の実施例である処理装置の構成を示す上面図。
【図３】本発明の実施例である試料の構成を示す断面図。
【図４】本発明の実施例である装置内部の状態を示す部分拡大断面図。
【図５】本発明の実施例である処理シーケンスを説明するフローチャート。
【図６】本発明の実施例である終点判定波形図。
【図７】本発明の実施例であるエッチング性能結果を示す図。
【図８】本発明の実施例である異物測定結果を示す図。
【図９】本発明の実施例である放電部内壁レート結果を示す図。
【符号の説明】
【００４０】
１ａ／１ｂ…誘導結合アンテナ、２…放電部、３…処理部、４…整合器、５…ガス供給装置、６…電極、７…プラズマ、８…排気装置、９…ファラーデーシールド、１０…第一の高周波電源、１１…第二の高周波電源、１２…試料、１３…発光モニタリング装置、１４…サセプタ、１５…インナーカバー、１６…大気ローダ、１７…ロードロック室、１８…アンロードロック室、１９…真空搬送ロボット、２０…真空搬送室、２１…エッチング処理室、２２…カセット１、２３…カセット２、２４…カセット３、２５…シリコン基板、２６…有機膜、２７…Ａｕ膜、２８…フォトレジスト膜
【図１】
2006237432.tif 000007
【図２】
2006237432.tif 000008
【図３】
2006237432.tif 000009
【図４】
2006237432.tif 000010
【図５】
2006237432.tif 000011
【図６】
2006237432.tif 000012
【図７】
2006237432.tif 000013
【図８】
2006237432.tif 000014
【図９】
2006237432.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成17年7月22日(2005.7.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
被エッチング膜が、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金のいずれかの１層または２層以上の積層膜であり、エッチングガスに塩素（Ｃｌ２）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）、臭化水素（ＨＢｒ）のうちから選ばれる少なくとも１種のガスに、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、ジクロロメタン（ＣＨ２Ｃｌ２）、ジブロムメタン（ＣＨ２Ｂｒ２）、クロロメタン（ＣＨ３Ｃｌ）、ブロムメタン（ＣＨ３Ｂｒ）、フルオルメタン（ＣＨ３Ｆ）のうちから選ばれる少なくとも１種のガスを添加した混合ガスによって前記被エッチング膜のエッチングを行なうエッチング装置のクリーニング方法であって、
上記被エッチング膜のエッチング毎に、ダミー基板と入れ替えてプラズマを発生させて処理室内部をクリーニングすることを特徴とするエッチング装置のクリーニング方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
図１は、本発明で用いるプラズマ処理装置の断面図を示す。処理室内部はプラズマ生成部を形成する石英もしくはセラミックの非導電性材料で成る放電部２、被処理物である試料１２、電極６が配置された処理部３とから成る。処理部３はアースに接地されており、電極６は絶縁材を介して処理部３に取り付けられる。放電部２はプラズマを生成するため、誘導結合アンテナ１ａ／１ｂ、整合器４、第１の高周波電源１０等が取り付けられている。本実施例は典型的な例として、放電部２の外周にコイル状の誘電結合アンテナ１ａ／１ｂを配置したエッチング装置を使用した。処理室内部には、ガス供給装置５から処理ガスが供給される一方で、排気装置８によって所定の圧力に減圧排気される。ガス供給装置５より処理室内部に処理ガスを供給し、該処理ガスを誘導結合アンテナ１ａ／１ｂにより発生する電界の作用によってプラズマ化する。また、プラズマ７中に存在するイオンを試料１２上に引き込むために電極６に第２の高周波電源１１によりバイアス電圧を印加する。発光モニタリング装置１３で発光するエッチングガスの強度または反応生成物の発光強度の変化をとらえてエッチングの終点を定める。また、本装置は不揮発性材エッチングに対応した構造を有している。ファラーデーシールド９へ電圧印加することによって、放電部２への反応生成物付着抑制および除去が可能となる。処理部３の内側に設置されているインナーカバー１５の表面および電極６の表面には粗面加工を施し、一旦付着した反応生成物が剥がれ落ちないようにしている。試料１２を電極６上に設置するためのサセプタ１４の裏面には金属溶射が施され、プラズマ７による電圧印加によってサセプタ１４表面の反応生成物付着抑制を行なっている。尚、これらの部品はスワップパーツとなっており、ウェットクリーニング等のメンテナンス時には、容易に交換することが可能となっている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
図２に、処理装置の構成を示す。大気ローダ１６はロードロック室１７およびアンロードロック室１８と連結しており、ロードロック室１７およびアンロードロック室１８は真空搬送室１９と連結した構成となっている。また、真空搬送室１９はエッチング処理室２１と接続されている。試料１２は大気ローダ１６および真空搬送ロボット２０により搬送されエッチング処理室２１でエッチング処理される。大気ローダ上には、試料１２を設置する第１のカセット２２および第２のカセット２３とダミー基板ウエハを設置する第３のカセット２４とがあり、被エッチング膜ウエハのカセットに、ダミー基板ウエハを入れ替える必要が無く、設置された試料１２は随時エッチング処理室２１に搬送され、処理後は元のカセット位置に戻るシステムになっている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
図３に、本発明で使用した試料の構造を示す。半導体シリコン基板２５上に、有機膜２６が成膜されている。有機膜とは、Ｃ、Ｈを主体とし、場合によっては、Ｏ、Ｎ、Ｆをも含む有機高分子物質である。例としては、エチレン、プロピレン、ブチレンのようなオレフィンや、スチレン、α−メチルスチレンのような芳香族ビニル化合物や、アクリル酸、メタクリル酸、２−フェニルアクリル酸、２−アセチルアクリル酸、マレイン酸、フマル酸のような不飽和カルボン酸や、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピルのような不飽和カルボン酸エステルや、アクリル酸アミド、メタクリル酸アミド、２−フェニルアクリルアミド、２−アセチルアクリルアミドのような不飽和カルボン酸アミドや、無水マレイン酸のような不飽和カルボン酸無水物などの不飽和カルボン酸の化合物誘導体や、酢酸ビニル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどの不飽和化合物の中から選ばれた単量体から成る重合体または共重合体を挙げることができる。これらの中で、ポリアクリル酸エチル、ポリメタクリル酸メチルなどの（メタ）アクリル酸エステル重合体およびポリスチレンなどのスチレン系樹脂が好適である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
表１に、フォトレジストのエッチングレート評価結果を示す。酸素（Ｏ２）プラズマでは２２０．２ｎｍ／ｍｉｎであったが、ここに四フッ化炭素（ＣＦ４）を添加すると、６８９．６ｎｍ／ｍｉｎへと急激にエッチングレートが向上した。次に酸素（Ｏ２）５００ｍｌ／ｍｉｎに対し、四フッ化炭素（ＣＦ４）を２５，５０，７５ｍｌ／ｍｉｎと添加していくと、エッチングレートが徐々に増加しており、１００ｍｌ／ｍｉｎまで添加すると逆にエッチングレートは低下する傾向にあった。より多く四フッ化炭素（ＣＦ４）添加は、フォトレジスト（ＰＲ）のエッチングレートが低下するとともに、揮発性の悪いＡｕＦを生成する可能性が有り、異物発生の原因にも成りかねない。また、エッチング処理室内部の装置材料に損傷を与える可能性があるため、過剰な添加は禁物である。処理圧力については、５，１０，１２Ｐａと変更すると、エッチングレートが徐々に増加する傾向にあり、より高い処理圧力ほど有効である。但し、今回は装置能力上１２Ｐａが限界のためここで留めている。これらを纏めると、Ｃ系物質を除去するには、酸素（Ｏ２）と四フッ化炭素（ＣＦ４）を最適な流量比（Ｏ２：８７．０〜９５．２％、ＣＦ４：４．８〜１３．０％）および圧力（５〜１２Ｐａ）ならびに処理時間：２０〜９０秒）に設定することにより、成し遂げられる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
図６に、上記プラズマクリーニングを行なったときのプラズマ発光強度の変化を示す。第１工程はＣＯ系となる４５１ｎｍの波長、第２工程はＡｌＣｌ系となる３９６ｎｍの波長を観察した。第１工程では、徐々に発光強度が下がっており２０秒後に安定している。これは、２０秒後にＣ系物質が除去されたものと考えられる。また第２工程では、徐々に発光強度が上がっており１０秒後に安定している、これは、装置内部の材料であるＡｌ２Ｏ３が表面化したためであり、堆積物が除去されたものと考えられる。よって各ステップ２０秒以上のプラズマクリーニングを行なえば、装置内部にある堆積物はほぼ除去できると考えられる。但し、長時間のプラズマクリーニングは、生産性の低下を招くため、各ステップ９０秒が上限と考える。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
【図１】本発明の実施例である処理装置の断面図。
【図２】本発明の実施例である処理装置の構成を示す上面図。
【図３】本発明の実施例である試料の構成を示す断面図。
【図４】本発明の実施例である装置内部の状態を示す部分拡大断面図。
【図５】本発明の実施例である処理シーケンスを説明するフローチャート。
【図６】本発明の実施例である終点判定波形図。
【図７】本発明の実施例であるエッチング性能結果を示す図。
【図８】本発明の実施例である異物測定結果を示す図。
【図９】本発明の実施例である放電部内壁上の試料のエッチングレート結果を示す図。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
１ａ／１ｂ…誘導結合アンテナ、２…放電部、３…処理部、４…整合器、５…ガス供給装置、６…電極、７…プラズマ、８…排気装置、９…ファラーデーシールド、１０…第一の高周波電源、１１…第二の高周波電源、１２…試料、１３…発光モニタリング装置、１４…サセプタ、１５…インナーカバー、１６…大気ローダ、１７…ロードロック室、１８…アンロードロック室、１９…真空搬送ロボット、２０…真空搬送室、２１…エッチング処理室、２２…第１のカセット、２３…第２のカセット、２４…第３のカセット、２５…シリコン基板、２６…有機膜、２７…Ａｕ膜、２８…フォトレジスト膜